Способ измерения яркости искусственных протяженных светящихся образований в ионосфере

 

Использование: фотометрические измерения в геофизике. Сущность изобретениятелевизионным способом регистрируют внефокальные изображения объекта и ближайшей звезды-стандарта в выделенных участках спектра при ступенчатом изменении диаметра изображений звезды и соответствующих изменениях ее яркости, обеспечивая 10-15 градаций. Для построения калибровочной кривой определяют телесный угол, соответствующий проекции каждого внефокального изображения на небесную сферу, и находят их ззатмосферную энергетическую яркость. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 J 1/10

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4758010/25 (22) 08.08.89 (46) 30.08.92, Бюл N . 32 (71) Киевский государственный университет им,Т.Г. Шевченко (72) А.М.Евтушевский и Г,П,Милиневский (56) Абраменко А.Н, и др. Телевизионная астрономия. M,: Наука, 1983, с.217.

Ивченко И.С. Эволюция плазменных неоднородностей. создаваемых в ионосфере при кумулятивной инжекции бария: Дис. канд. ф.-м.наук, Киев, 1982, с.60-65.

Изобретение относится к геофизике и может быть использовайо для измерения энергетической яркости в отдельных участках спектра искусственных светящихся облаков, образуемых 8 ионосфере при проведении активных экспериментов и регистрируемых в процессе наземных оптических наблюдений с помощью высокочувствительных приемников изображений с усилителями яркости, Известен способ калибровки телевизионных изображений протяженных астрономических объектов с помощью ступенчатого ослабителя, позволяющий производить только относительные измерения яркости.

Известен способ измерения яркости искусственного бариевого облака путем построения характеристической кривой по внефокальным изображениям звезд, зарегистрированным без фильтра, и последующего определения нуль-пункта калибровочной Ы„„1758447 А1 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЯРКОСТИ ИСКУССТВЕННЫХ ПРОТЯЖЕ:ЕЙНЫХ СВЕТЯЩИХСЯ ОБРАЗОВАНИЙ В ИОНОСФЕРЕ (57) Использование: фотометрические измерения в геофизике, Сущность изобретения: телевизионным способом регистрируют внефокальные изображения объекта и ближайшей звезды-стандарта в выделенных участках спектра при ступенчатом изменении диаметра иэображений звезды и соответствующих изменениях ее яркости. обеспечивая 10 — 15 градаций. Для построения калибровочной кривой определяют телесный угол, соответствующий проекции каждого внефокального изображения на небесную сферу, и находят их заатмосферную энергетическую яркость. 2 ил, кривой по фокальным изображениям звезд, зарегистрированным с фильтром, Недостатками известного способа являются как сложность его осуществления, так и сложность учета ошибок измерений: для калибровки изображений обьекта по яркости требуется дважды регистрировать звезды, причем в разных режимах использования входной оптики; используются фокальные изображения звезд, структура которых (как точечных обьектов) не соответствует структуре иэображения протяженного объекта; при фотометрии фокальных изображений звезд применяется единица яркости "звездная величина". что требует введения поправок за спектральный класс каждой звезды и служит одним из источников ошибок; измерение эвезд приходится выполнять по всей площади рабочего поля приемника изображений, что снижает точность измерений из-за неоднородностей

1758447 поля и геометрических искажений, значительно возрастающих от центра поля к краю.

Цель изобретения — повышение точности измерений, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему наземную регистрацию иэображений искусственных светящихся объектов и близлежащих звезд в выделенных участках спектра телевизионным методом, построение калибровочных кривых по измерениям изображений звезд и определение яркости обьектов, в тех же участках спектра регистрируют внефокальные изображения расположенной вблизи обьекта звезды с известным распределением энергии в спектре при 10-15-ступенчатом изменении их диаметра до предельно регистрируемой яркости на фоне свечения неба, измеряютуровень сигнала в каждом зарегистрированном внефокальном изображении звезды относительно уровня фона и определяют телесный угол, соответствующий проекции каждого внефокального изображения на небесную сферу, определяют заатмосферную энергетическую освещенность от звезды в каждом выделенном участке спектра по известному распределению энергии в ее спектре и определяют заатмосферную энергетическую яркость, соответствующую каждому внефокальному изображению звезды по измеренным значениям телесных углов, строят калибровочную кривую по измеренным значениям сигнала и определенным значениям яркости для каждого выделенного участка спектра, измеряют уровень сигнала в зарегистрированных изображениях объекта относительно фона и по калибровочным кривым определяют яркость объекта в каждом выделенном участке спектра.

Предлагаемый способ имеет следующие отличительные признаки: изображения как объекта, так и расфокусированной звезды регистрируют в выделенных узких участках спектра, для построения калибровочной кривой внефокальные изображения одной звезды регистрируют при ступенчатом изменении их площади, а следовательно, и яркости.

Использование внефокальных изображений звезды, зарегистрированных в выделенных участках спектра, устраняет присущую известному способу систематическую ошибку из-за использования для калибровки протяженного обьекта точечных стандартов яркости.

Осуществление калибровки по внефокальным изображениям одной звезды обеспечивает однородность измерений и

Для каждой из названных эвезд, зарегистрированных 08,08,88 в 22:16 — 22:28 летнего московского времени, измерена одна серия внефокальных изображений в центре поля зрения, а другая — после смещения изображения звезды по горизонтали на 1/3 расстояния центр-край поля зрения, Калибровочные кривые для центральной части поля зрения (сплошные линии на фиг. 2) проходят выше кривых для смещенных изоуменьшение ошибок, поскольку не требуется вводить поправки, как по известномуспособу, за спектральный класс каждой используемой звезды, и минимальны по5 грешности, связанные с неоднородностью чувствительности рабочего поля приемника изображений и с его геометрическими искажениями, так как в отличие.от известного способа используется только один участок

10 поля.

Ступенчатое изменение яркости внефокальных изображений-звезды дает возможность соединить построение характеристической кривой по принципу ступенчато15 го ослабителя с калибровкой по звездным стандартам яркости и благодаря этому производить калибровку яркости протяженного объекта в энергетических единицах, исключив различные искажающие факторы, при20 сущие известным методикам калибровки.

Предлагаемый способ реализован при регистрации искусственных ионосферных облаков с помощью телевизонной системы на передающей трубке суперизокон ЛИ804

25 с чувствительностью 510 лк (разрешение

-7

300 телевизионных линий), В рассматриваемых примерах входной объектив телевизионной камеры Телиос-40" (F = 85 мм, 1;1,5) обеспечивал поле зрения 12 х 16 . Перед

30 объективом был установлен интерференционный фильтр для выделения излучения ионизированного бария (il,=455 нм), Регистрация изображения с экрана ТВ-монитора осуществлялась кинокамерой РФК-5 на не35 гативную кинопленку HK-2, НК-З, KH-4.

Плотности почернений на негативах с изображениями изучаемых объектов и звезд— стандартов яркости измерялись B лаборатории на микрофотометре, 40 Построен ряд калибровочных кривых по измерениям зарегистрированных внефокальных изображений стандартных звезд:

Вега (а1уг, 0,03 ), Денеб (а Суц, 1,25") и

Альтаир (а Aql, 0,76 ), Распределение энер45 гии в спектре каждой из этих эвезд Е представлено на фиг, 1, где также показано распределение энергии в спектре каждой звезды с учетом кривой пропускания фильтра.

1758447 бражений (пунктир), Это связано со снижением чувствительности рабочей площади приемника изображений от ее центра к краю. В среднем по измерениям трех звезд снижение чувствительности в области длин волн Л =455 нм составляет (144-5) . Разброс точек, по которым построены калибровочные кривые, показывает возможность получения достаточно надежного положения и хода калибровочной кривой по 10-15 точкам, что в 2 — 3 раза меньше, чем по известному способу. Перекрываемый динамический диапазон 102, При построении одной калибровочной кривой используется

10 рабочей площади приемника (максимальный диаметр внефокального изображения 5 — 6 град.), Регистрация одной серии внефокальных изображений занимает 1-2 мин.

После приведения к зенитному расстоянию z= 21 (Денеб) калибровочных кривых, построенных по Веге (z = 10 ) и Альтаиру (z = 42О), разброс точек относительно средних значений яркости В при фиксированных значениях уровня сигнала не превышает

+10%. С такой точностью, следовательно, может быть произведена калибровка яркости протяженного обьекта, если зенитные углы звезды и объекта отличаются не более чем на 20О.

Калибровочные кривые были использованы для определения яркости искусственного облака в ионосфере, состоящего из ионов бария, и определения концентрации ионов и их полного количества в облаке.

Предлагаемый метод применяли также для определения яркости свечения неба в выделенных участках спектра (по близким по яркости внефокальным изображениям звезды) и для исследования характеристик приемника изображения: пороговой освещенности, неоднородностей поля в разных участках спектра.

Предлагаемый способ может быть использован также для измерений яркости других заатмосферных источников света— метеоров, полярных сияний, комет, как при наземной, так и при заатмосферной регистрации.

Процедура калибровки, обеспечивая максимальное соответствие условий прохождения оптического излучения от объекта и от используемого стандарта позволяет, 5 кроме повышения точности измерений, определять характеристики атмосферы и приемника изображений s условиях конкретного эксперимента.

10 Формула изобретения

Способ измерения яркости искусственных протяженных светящихся образований в ионосфере, включающий наземную регистрацию их изображений и близлежащей

15 звезды в выделенных участках спектра телевизионным методом, построение калибровочных кривых по измерениям изображений эвезд и определение яркости объектов, отличающийся тем, что, с

20 целью повышения точности измерений, регистрируют в тех же участках спектра внефокальные изображения расположенной вблизи объекта звезды с известным распределением энергии в спектре при 10-15-сту25 пенчатом изменении диаметра ее внефокальных изображений до предельно регистрируемой яркости на фоне свечения неба, измеряют уровень сигнала в каждом зарегистрированном изображении звезды

30 относительно уровня фона, определяют телесный угол, соответствующий проекции каждого внефокального иэображения на небесную сферу, определяют эаатмосферную энергетическую освещенность от звезды в

35 каждом выделенном участке спектра по известному распределению энергии в спектре звезды, определяют заатмосферную яркость, соответствующую каждому внефокальному изображению звезды по

40 измеренным значениям телесных углов, строят калибровочную кривую по измеренным значениям сигнала и определенным значениям яркости внефокальных изображений для каждого выделеíHîco участка

45 спектра, измеряют уровень сигнала в пределах изображения объекта относительно фона и по калибровочным кривым определяют яркость объекта в каждом выделенном участке спектра.

1758447

-г

10 /

qp a

®

10 4 @-3

ЯРКОСТЬ В, ЭРГ/СН С СР

Фиг 2

Редактор А. Огар

Заказ 2991 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

49 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 бОО

Ю

„460

"20

Ф

Ъ ф

Lu

Х о

=г а

О { } о

400 506 600 700 6ОО

Х,нм

Фи2. /

Составитель А, Евтушевский

Техред M,Моргентал Корректор С. Патрушева